HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Trần Mạnh Đạt
GIẢI PHÁP FEMTOCELL CHO MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 60.52.70
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÀ NỘI - 2013


Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS Vũ Trường Thành
Phản biện 1: ……………………………………………………………………………

Phản biện 2: …………………………………………………………………………

Đến nay Việt Nam đang có 3 nhà mạng chính thức cung cấp dịch vụ 3G tới khách
hàng là Vinaphone, Mobifone và Viettel. Cả 3 nhà mạng này đều xuất phát từ nền tảng
công nghệ 2G GSM và do đó các công nghệ 3G mà họ triển khai đều là công nghệ
WCDMA.
Hình 1.2 là kiến trúc hiện trạng mạng di động của hai nhà mạng Vinaphone và
Mobifone ở thời điểm tháng 12/2012. Về cơ bản có thể thấy kiến trúc này tuân thủ đúng
kiến trúc chung của một mạng 3G WCDMA.
3

CS CORE
RAN
BSC
MSC-S
PSTN/PLMN
MSC-S
MSC-S
MSC-S MSC-S
MGw
BSC
RNC
MSC
MSC
MSC
MSC
MGwMGw
MGw
MGw
SGSN SGSN SGSN
GGSN
Internet/Packet

của công nghệ vô tuyến WCDMA mới. Còn mạng lõi thì ngược lại, có các thành phần được
kế thừa từ mạng lõi GSM, GPRS/EDGE trước đó.
1.2 Lộ trình tiến lên 4G LTE
1.2.1. Giới thiệu về LTE
Một lộ trình dự báo chung cho LTE được thể hiện như trong hình 1.4:

Hình 1.4: Lộ trình phát triển cho LTE tới 2014.
4

1.2.2. Những thay đổi trong hạ tầng mạng
Hệ thống 4G LTE sẽ mang lại nhiều lợi ích về dung lượng xử lí cho các trạm gốc.
Với nhiều cải tiến mới, kiến trúc mạng 4G LTE sẽ phẳng hơn với ít node hơn, do đó có độ
thấp hơn trễ. Kết quả dẫn đến yêu cầu về một mạng lõi toàn IP để hỗ trợ thông lượng dữ
liệu tốc độ cao và nhìn chung có thể truy cập vào bởi các mạng truy nhập vô tuyến khác
nhau thông qua các giao diện cổng.
1.2.3. Những thay đổi trong mạng lõi
Khi nâng cấp lên 4G LTE, cần thay thế trạm gốc và Node B của mạng 3G bằng
Node B cải tiến (eNode B). Ngoài ra, các mạng lõi chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh
của WCDMA cũng được thay thế bằng lõi gói cải tiến EPC (Evolved Packet Core). EPC
bao gồm 4 chức năng khác nhau - cổng thông tin phục vụ (SGW - Serving Gateway), cổng
mạng dữ liệu gói (PDN - Packet Data Network Gateway), thực thể quản lý di động (MME -
Mobility Management Entity) và chức năng các quy tắc tính cước chính sách (PCRF -
Policy Charging Rules Function).
1.3. Một số vấn đề về quá tải lưu lượng trong triển khai và vận hành
mạng 3G
Theo dự đoán của Cisco System, trong giai đoạn 2010-2015, dữ liệu di động sẽ tăng
trưởng ở mức 108% hằng năm (Hình 1.6), và hầu hết doanh thu của các công ty di động
đang được tạo ra chỉ bởi một phần nhỏ cơ sở người dùng của họ.
Một dự báo khác của Gartner cho thấy khu vực châu Á – TBD tiếp tục là nơi có mức
tăng trưởng và số lượng thuê bao di động lớn nhất toàn cầu trong giai đoạn 2010-2015.

6

Trong giải pháp này, Femtocell đóng vai trò của một Node B, còn FGW sẽ nằm giữa
femtocell và RNC như minh họa ở hình 2.4. Giải pháp này thích hợp khi có ít người
kết nối với Femtocell cùng lúc (ví dụ trong gia đình hay văn phòng ít người).

Hình 2.4 : Kiến trúc giải pháp Iub-trên-IP
Giải pháp Iu trên IP
Trong giải pháp này, các femtocell sẽ được tích hợp với mạng lõi di động thông qua
các FGW như minh họa ở hình 2.6. Những chức năng của RNC và Node B sẽ được
cài đặt trên femtocell và do đó femtocell sẽ liên lạc với FGW thông qua giao diện 3G
Iu trên IP.

Hình 2.6: Kiến trúc giải pháp Iu trên IP
2.4.2 Kiến trúc dựa trên giải pháp UMA/GAN
Giải pháp UMA/GAN có thể được mở rộng đế hỗ trợ giải pháp femtocell bằng cách
tích hợp thêm các chức năng của FGW vào trong bộ điều khiển GANC. Hướng giải
pháp này rất phù hợp cho những nhà cung cấp mạng đã triển khai hạ tầng
GAN/UMA để cung cấp thêm các dịch vụ giá trị gia tăng của công nghệ HSPA
(High Speed Packet Access). Kiến trúc kết nối sẽ giống như ở hình 2.6. Tuy nhiên
7

các liên lạc giữa femtocell và FGW sẽ được thực hiện trên giao diện Up của giải
pháp UMA.
2.4.3 Kiến trúc dựa trên IMS
Giải pháp này nhằm kết nối femtocell trực tiếp với mạng lõi IMS (IP Multimedia
Subsystem). Một giải pháp thay thế trong cùng hướng này là dùng softwitch trong đó
các femtocell được kết nối với các softwitch thông qua giao diện SIP (Session
Initiation Protocol).


9

Ấn định đồng kênh là một phương pháp khác để đối phó với nhiễu. Các kênh con
được chia sẻ giữa lớp macrocell và lớp femtocell, tạo nên một cách sử dụng hiệu quả phổ
tần hơn mặc dù khá phức tạp trong triển khai thực hiện.
2.7. Vấn đề truyền tải đa điểm phối hợp CoMP
2.7.1. Kế hoạch CoMP trong đường xuống
2.7.1.1. Kế hoạch phối hợp/Beamforming:
Lập kế hoạch phối hợp đạt được bằng cách “bịt miệng” các trạm gốc mà có nhiễu
hướng tới UE và chỉ cho phép truyền tải tín hiệu từ BS đang phục vụ. Nói cách khác, trạm
di động MS1 nhận được các dữ liệu chỉ từ một trạm gốc.
Hình 2.19 là một mô hình hệ thống của hai người dùng.

Hình 2.18: Lập kế hoạch phối hợp
2.7.1.2. Đồng xử lý (Joint Processing)
Trong đồng xử lý (JP), nhiều eNB chịu trách nhiệm cho việc truyền tải dữ liệu cho một UE
cụ thể để nâng cao chất lượng của tín hiệu nhận được và/hoặc hủy bỏ nhiễu cho các thiết bị
đầu cuối khác. Các tế bào khác nhau chia sẻ dữ liệu dành cho một UE cụ thể và dữ liệu
được phối hợp xử lý tại các tế bào này. Do đó, tín hiệu nhận là tín hiệu được kết hợp tại các
thiết bị đầu cuối di động kết hợp hoặc không kết hợp. JP được phân loại thành hai tiểu thể
loại cụ thể là, phối hợp truyền tải (JT – Joint Transmission) và lựa chọn tế bào động (DSC
Dynamic Cell Selection). (Hình 2.20 )
10 Hình 2.20: Kỹ thuật xử lý kết nối: (a) truyền tải kết nối và (b) lựa chọn tế bào động
2.7.2. Kế hoạch CoMP trong đường lên
Trong CoMP trong đường lên, kênh Physical Uplink Shared Channel (PUSCH) được nhận
tại nhiều trạm gốc và việc lập kế hoạch là phối hợp giữa các trạm gốc. Hình 2.21 miêu tả 2
phương pháp tiếp nhận CoMP, kết hợp loại bỏ nhiễu (IRC - Interference Rejection

3.1. Mô hình tổng quan tòa nhà thương mại
3.1.1. Mô hình RF và tổn hao đường truyền
3.1.2 Mô hình tòa nhà thương mại lớn
3.2. Vấn đề Fading và người sử dụng di chuyển
3.3. Các vấn đề cần xem xét khi phủ sóng femtocell trong tòa nhà
3.3.1 Tổng quan về các vấn đề cần quan tâm khi lập kế hoạch vùng phủ cho
đường xuống và đường lên
Vị trí của tòa nhà trong mạng macro
Biến thể của RSSI macro trong tòa nhà:
Hiệu suất vùng phủ
Các vấn đề về nhiễu đường xuống:
Các vấn đề về nhiễu đường lên:
Các vấn đề lập kế hoạch mã PSC:
3.3.2 Sự biến đổi tín hiệu Macro trong tòa nhà
Vị trí của tòa nhà trong mạng macro sẽ quyết định mức nhiễu đồng kênh mà một
femtocell phải vượt qua để cung cấp vùng phủ sóng (theo bộ chỉ thị RSSI). Hình 3.4 thể
hiện sự khác biệt của RSSI trong tòa nhà khi tòa nhà nằm tại trung tâm và tại biên một tế
bào của mạng di động.
14 Hình 3.4: Sự khác biệt về nhiễu đồng kênh trong tòa nhà trong trường hợp nằm tại trung tâm
và tại biên của một cell trong mạng di động
3.4 Ảnh hưởng của số lượng femtocell tới vùng phủ và nhiễu
Để quyết định số lượng femtocell cần thiết phủ sóng một tòa nhà, đầu tiên phải xem xét
trường hợp đơn giản nhất là các femtocell truyền tại mức công suất phát tối đa là 20dBm.
Hình 3.7 thể hiện vùng phủ femtocell (đường xuống CPICH Ec/Io - Common Pilot
Channel: Kênh hoa tiêu chung; Ec/No: là tỉ số giữa mật độ công suất của tín hiệu CPICH
trên mật độ công suất của tòan băng tần) với một và hai femtocell được triển khai trong tòa
nhà. Công suất CPICH Ec/Io ở mức -16dB hoặc lớn hơn là một dấu hiệu cho thấy vùng phủ

- Thứ 2, các femtocell nằm ở biên của tòa nhà cũng không nên đặt quá gần hoặc quá
xa đường bao của tòa nhà.
- Thứ 3, các femtocell phải được đặt không quá gần nhau.
3.7. Quản lý nhiễu đường lên và xuống
3.7.1. Xác định mức công suất phát đường xuống
Một phương pháp đơn giản xác định công suất là dựa trên module lắng nghe mạng NLM
(Network Listen Module) để đo tại femtocell. NLM cho phép đo tín hiệu xung quanh
macrocell (VD RSSI và CPICH RSCP). Các số liệu đo được này được sử dụng để hiệu
chỉnh công suất phát của femtocell tới một bán kính nhất định.
16

3.7.2. Nhiễu đường lên và phương pháp giảm thiểu nhiễu đường lên
Ảnh hưởng lên đường lên của macrocell có thể được kiểm soát bằng cách giới hạn
các nguồn tài nguyên (ví dụ công suất phát Tx) được phân bổ cho các UE Femtocell.
Hình 3.19 thể hiện trường hợp không có quản lý nhiễu đường lên, thông lượng của
UE bị ảnh hưởng đáng kể. Ảnh hưởng này có thể sẽ nghiêm trọng nếu nhiễu đến từ một tòa
nhà nằm ở trung tâm macrocell (Hình 3.19a Hình 3.19(a)

Hình 3.19(b)

Hình 3.19: Thông lượng khi không có quản lý nhiễu đường lên ứng với nhiễu đến từ một tòa
nhà nằm ở trung tâm macrocell (Hình 3.19a) và tại biên tế bào (hình 3.19b),
3.8. Kết luận chương
Triển khai Femtocell phủ sóng một tòa nhà gặp phải rất nhiều bài toán kỹ thuật cần
xử lý. Trong đó đặc biệt cần quan tâm tới số lượng Femtocell; vị trí đặt femtocell trong
từng sàn; vấn đề quản lý nhiễu giữa Femtocell và mạng Macrocell cũng nhưng nhiễu giữa
các Femtocell với nhau. Chương III đã tập trung phân tích và giải quyết các vấn đề này.

4.5.4. Tỷ lệ rơi cuộc gọi video
- Tổng số cuộc gọi thực hiện thành công tính cả chiều gọi đi và gọi đến là 995 cuộc.
- Tổng số cuộc gọi rơi tính trên cả hai chiều 4 cuộc.
- Tỷ lệ cuộc gọi rơi là 0,4%
4.5.5. Thông lượng tối đa
- Thông lượng download tối đa 2.183 Mbps.
- Thông lượng upload tối đa 0.7092 Mbps.
- Thấp hơn 70% năng lực tối đa của trạm femtocell (DL: 4Mbps; UL: 1,4 Mbps).
4.5.6. Thông lượng tối đa khi kết nối trực tiếp tới NodeB
- Thông lượng download tối đa 0.192 Mbps.
- Thông lượng upload tối đa 71.2 kbps.
4.5.7. Dung lượng tối đa
Femto có khả năng cung cấp 16 cuộc gọi thoại cùng một lúc. Số cuộc gọi video có thể
thực hiện cùng một lúc trong vùng phủ của 1 femto tối đa là 5 cuộc.
19

4.5.8. Chuyển giao
4.5.8.1. Chuyển giao Femto - Macro
Chuyển giao theo chiều từ Femto ra Macro thực hiện bình thường, không có chuyển
giao theo chiều ngược lại. Chuyển giao thường xảy ra khi CPICH RSCP của femto nhỏ hơn
-90dBm.
4.5.8.2. Chuyển giao Femto - Femto
Chuyển giao giữa femto và femto là chuyển giao cứng. Trong quá trình đo kiểm,
chuyển giao giữa hai femto thực hiện bình thường trong các trường hợp cuộc gọi thoại và
video.
Trong trường hợp PSD, khi thực hiện chuyển giao từ femto SC501 sang femto
SC508 việc download dữ liệu bị ngừng một khoảng thời gian.
4.5.9. Vùng phủ
Với trường hợp 1 femtocell bán kính vùng phủ (có CPICH RSCP > -100dBm) lớn
nhất đo được 20m.

4.8. Kết luận và khuyến nghị
3G đã được triển khai tại Việt Nam 3 năm, song tốc độ dịch vụ còn khá chậm so với
yêu cầu của các dịch vụ 3G. Đây cũng là nguyên nhân chính dẫn tới số lượng người dùng
3G tại Việt Nam chưa nhiều. Với những nghiên cứu lý thuyết và kết quả đo kiểm trạm thử
nghiệm như trên đã cho thấy hoàn toàn có thể triển khai Femtocell để tăng chất lượng phủ
sóng, tăng tốc độ truy cập và sử dụng các dịch vụ 3G trong các tòa nhà. Tuy nhiên, triển
khai thực tế cần tính toán kỹ hơn đến nhiễu xuyên lớp giữa macro và femto để tránh ảnh
hưởng tiêu cực lẫn nhau.

KẾT LUẬN
Mặc dù còn đó nhiều vấn đề cần xử lý để Femtocell thực sự “mạnh” như trên lý
thuyết. Song những kết quả đo kiểm cho thấy đây thực sự là một công nghệ có thể mang lại
chất lượng dịch vụ tốt hơn, đặc biệt là đối với các trung tâm thương mại. Thông lượng tối
đa dù chỉ đạt 70% mức lý thuyết đề ra song nếu so với tốc độ tại của mạng 3G khi không có
Femtocell thì đây vẫn là mức lý tưởng.
Luận văn đã trình bày các giải pháp triển khai Femtocell cho mạng 3G, các vấn đề
cần phải quan tâm xử lý khi triển khai công nghệ này như: xử lý nhiễu; cấp phát tần số.
21

Luận văn cũng phân tích những điểm cần lưu ý khi triển khai lắp đặt các trạm Femtocell
cho một tòa nhà trung tâm thương mại cụ thể. Đặc biệt, luận văn đã thực hiện đo kiểm và
đánh giá các thông số cơ bản của Femtocell trên cơ sở hai trạm Femtocell được triển khai
thử nghiệm tại tầng 9, tòa nhà Tập đoàn VNPT.
Do Femtocell là một công nghệ mới và thời gian nghiên cứu có hạn nên luận văn
chưa trình bày được cụ thể các giải pháp để giải quyết bài toán về nhiễu. Đây sẽ là hướng
phát triển tiếp theo của đề tài.